一种新型Nd:YAG单频环形激光谐振腔的制作方法

本发明涉及一种固体激光器谐振腔，特别是一种新型nd:yag单频环形激光谐振腔。

背景技术：

高功率单频固体激光器在科学研究及测量中有非常广泛的应用。单向运转环形激光谐振腔是实现高功率单频固体激光输出的主要技术路线。目前单向运转单频环形激光谐振腔主要使用各向异性介质nd:yvo作为激光晶体，由于nd:yvo晶体发射线偏振光，所以环形激光谐振腔内不存在热退偏损耗，谐振腔能够输出较高的单频激光功率。根据文献报道，使用nd:yvo晶体环形激光谐振腔1064nm单频激光最高输出功率可达101w，其光转换效率高达40%以上。而对于目前使用最为广泛的nd:yag晶体，尽管该晶体具有优良的热光综合特性，但由于nd:yag晶体各向同性，晶体被高功率泵浦时，存在很强的热致双折射效应，为保证腔内光束单向运转，腔内必须放置偏振片，nd:yag晶体发出的退偏光束在偏振片上将产生很强的退偏损耗，从而极大的限制了激光器输出功率。根据文献报道，使用nd:yag晶体的环形激光谐振腔单频激光器最大输出功率仅为31.9w，其光光转换效率不到10%。本发明针对以上问题，提出并实现了一种能有效降低nd:yag单频环形激光谐振腔内热退偏损耗的新谐振腔结构。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、能有效降低nd:yag单频环形激光谐振腔热退偏损耗的新谐振腔结构。

本发明提供的一种新型nd:yag单频环形激光谐振腔,沿着光路方向依次设置有:

至少一块泵浦模块,nd:yag晶体位于泵浦模块内；一个法拉第旋光器；一片二分之一波片；一片f-p标准具；一片输出耦合镜，该输出耦合镜镀有对p偏振光有较高的透射率，而对s偏振光透射相对小很多的介质膜；不少于两片腔镜，至少一片腔镜镀有对腔内s偏振光全反射而对p偏振光具有较高透射率的介质膜，剩余腔镜为全反射镜。

上述中，该泵浦模块的泵浦方式是端面泵浦、侧面泵浦或板条泵浦结构。

上述中，该输出耦合镜为平面镜或曲面镜。

上述中，腔镜为平面镜或曲面镜。

上述中，谐振腔输出波长为1064nm、1913nm以及946nm.

本发明的有益效果是：谐振腔包含对腔内s偏振光透射损耗小，而对p偏振光透射损耗大的腔镜和输出耦和镜，其中对p偏振光透射损耗大的腔镜与与腔内输出耦合镜可作为谐振腔内的偏振片，与腔内放置的二分之一波片以及法拉第旋光器构成单向器，迫使腔内s偏振光在腔内单向运转，同时抑制腔内p偏振光振荡。由谐振腔输出耦合镜输出光束包括腔内单向运转的s偏振光透射部分，以及腔内无法振荡的p偏振光透射部分。和现有nd:yag单频环形腔相比较，现有的nd:yag单频环形腔内单独使用薄膜偏振片，只有可在腔内单向运转的p偏振光能经输出耦合经输出，无法单向运转的s偏振光被薄膜偏振片完全反射出谐振腔，而本发明除了能够使可在腔内单向运转的s偏振光由输出耦合镜输出外，还能使无法振荡的p偏振光中相当大的一部分经输出镜输出，从而降低腔内退偏损耗。本发明所设计的新型谐振腔输出光束为输出耦合镜输出的s偏振光与p偏振光迭加，偏振态为椭圆偏振光。

附图说明

图1为本发明的光路图。

图2是本发明中所举实例的单向运转环形激光谐振腔输出功率曲线图。

图3是本发明所举实例的共焦球面扫描干涉仪扫描结果图。

图4是本发明所举实例的经格兰泰勒棱镜透射功率曲线图。

图5是本发明所举实例的经四分之一波片及格兰泰勒棱镜透射光束功率曲线图。

具体实施方式

结合附图对本发明进行进一步的详细说明：

如图1所示，本发明所涉及的环形激光谐振腔单频激光谐振腔示意图。本发明提供的一种新型nd:yag单频环形激光谐振腔,沿着光路方向依次设置有:

一块泵浦模块1,nd:yag晶体位于泵浦模块1内；一个法拉第旋光器2；一片二分之一波片3；一片f-p标准具4；一片输出耦合镜5，该输出耦合镜5其对p偏振光有较高的透射率，而对s偏振光透射相对小很多的介质膜；谐振腔包含三片腔镜,三片腔镜包括第一腔镜6、第二腔镜7、第三腔镜8，三片腔镜中第一腔镜6镀有介质膜对腔内s偏振光全反射而对p偏振光具有较高透射，第二腔镜7、第三腔镜8为全反射镜。由法拉第旋光器2、二分之一波片3、输出耦合镜5及第一腔镜6组成谐振腔内的单向器，抑制p偏振光振荡，同时迫使腔内s偏振光单向运行。

输出耦合镜5为平面镜或曲面镜，其对腔内运转p偏振光有较高的透射率，对s偏振光具有与泵浦功率相匹配的透射率，以获得最大输出功率；第一腔镜6为平面腔镜或曲面腔镜，该腔镜对腔内激光束中的s偏振光全反射，对p偏振光透射率较大（可达75%），第二腔镜7和第三腔镜8为全反射镜。由于第一腔镜6和输出耦合镜5对腔内p偏振光透射损耗很大，而对s偏振光透射损耗小，所以腔内p偏振光振荡被抑制，腔内只有s偏振光振荡。激光器工作时，由泵浦模块1发射的激光束，经过法拉第旋光器2后，光束中s和p偏振光旋转45°，再经过二分之一波片3时，二分之一波片3对s及p偏振光的旋转进行完全补偿。当光束经过输出耦合镜5时，输出光束为透射s偏振光和透射p偏振光的迭加，偏振态应为椭圆偏振光。由输出耦合镜5反射光束再经过第一腔镜6反射，光束中大部分p偏振光被透射，因此由第一腔镜6射出的光束主要为s偏振光。腔内与上述方向反方向运转的s偏振光经过二分之一波片3及法拉第磁光旋转器后变为p偏振光，损耗较大，将无法在腔内振荡，所以本谐振腔能够单向运转，消除空间烧空，在模式竞争效应的作用下输出单频激光。

以下为利用图1所示装置的具体实施结果：泵浦模块采用侧面泵浦，模块内nd:yag激光棒直径为2mm，激光棒两端面镀1064nm增透膜；输出耦合镜5为平面镜，当1064nm激光束45°角入射时，输出耦合镜5对p偏振光透射率约为32%，对s偏振光透射率约为3.5%；第一腔镜6对p偏振光透射率为75%，对偏振光反射率大于99.5%。输出耦合镜5和第一腔镜6在腔内充当偏振片，与腔内二分之一波片3与法拉第旋光器2构成单向器，腔内激光束沿侧面泵浦模块1、法拉第旋光器2、二分之一波片3以及f-p标准具4的顺序逆时针方向传输。图2为测量所得由输出耦合镜5所输出激光功率曲线，图3为利用自由光谱区为3.75ghz的共焦球面扫描干涉仪对环形激光谐振腔输出光束扫描所得结果，从图3可以直观看出，该环形腔输出光束为单频激光。这也证明本发明能够实现单频激光输出。

为测量输出光束偏振态，在输出耦合镜5的输出光束方向放置泰勒棱镜，测量棱镜透偏轴旋转一周过程中，由棱镜透射激光的功率变化曲线，测量结果如图4所示。由图4可得棱镜最大透射功率1.44w，最小透射功率0.32w，为进一步确定光束偏振态，在棱镜前放入四分之一波片，使四分之一波片快轴方向与棱镜最大透偏方向保持一致，旋转棱镜透偏轴一周，测量棱镜透射激光输出功率变化，测量结果如图5所示。从图5可得，最大输出功率为1.69w，最小输出功率小于5mw，测量结果表明，激光器输出光束为椭圆偏振光。该椭圆偏振光应为腔内运转s偏振光与晶体内热退偏所产生p偏振光的合成，这也说明该结构谐振腔能够将环形激光谐振腔内退偏光束中的一部分转化为有效输出光束，从而降低腔内热退偏损耗。